分享：不同测试条件对通用塑料热变形温度的影响

王 忠 (中国合格评定国家认可委员会,北京 100021)

摘 要:分析了通用塑料中不同放置方法的 PP,HIPS,ABS以及不同载荷对热变形温度检测结 果的影响,结果表明:对于非结晶材料 ABS和 HIPS,在相同标准挠度、相同载荷时,试样侧放与平 放的测试结果基本一致;在相同放置方式、相同标准挠度,采用不同载荷进行测试时,方法 B 的热 变形温度比方法 A 高10℃左右,方法 A 的热变形温度比方法C高10℃左右;对于部分结晶材料, 在同样测试方法时,添加了玻璃纤维 PP材料的热变形温度明显升高;在相同放置方式、相同标准 挠度时,载荷越大,得到的结果越小;将相同的试样平放,载荷为1.80 MPa,在不同的标准挠度下, 热变形温度测试结果的一致性较好。 

关键词:通用塑料;热变形温度;平放;侧放;载荷 中图分类号:TB33 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)12-0004-04

通用塑 料 指 的 是 力 学 性 能 较 差,不 能 作 为 结 构材料,但产量大的塑料,通用塑料一般有5大品 种,即 聚 乙 烯 (PE)、聚 丙 烯 (PP)、聚 氯 乙 烯 (PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共 聚合物(ABS),而其中 PE、PP、PVC、PS占世界塑 料产量的85% [1]。热变形温度是聚合物制品耐热 性的重要指标[2-4],用来评价聚合物及其改性料在 载荷下受热 变 形 的 程 度,并 不 表 示 产 品 的 最 高 使 用温度。 热变形 温 度 反 映 的 是 塑 料 短 期 对 热 的 抵 抗 能力,该能 力 会 随 温 度 变 化 速 率、受 热 形 式 及 时 间、试样承受压力的改变 而 有 所 变 化。目 前 已 有 文献研究了热处理条件、注塑工艺等对 ABS热变 形温度测 试 的 影 响[5],但 在 标 准 更 新 后,测 试 条 件 的 变 化 对 于 热 变 形 温 度 测 试 结 果 影 响 的 研 究 较少。

热变 形 测 试 标 准 参 考 了 GB/T1634.1—2019 《塑料 负荷变形温度的测定 第1部分:通用试验方 法》和 GB/T1634.2—2019 《塑料 负荷变形温度的 测定 第2部分:塑料和硬橡胶》,在最新版本(2019 版)中删除了侧放试样的方法,因目前仍有大量材料 使用的是 GB/T1634.1—2004中的侧放方式进行 测试,标准中没有说明试样放置方法对测试结果的 影响,而不同方法间的切换必然影响到技术指标的 设定[6]。 为了研究不同测试方法间的差异,笔者选用通 用塑料中典型结晶和非结晶材料的不同配方体系对 试样的放置方法、尺寸、载荷等因素进行分析,并对 不同测试方法的结果差异进行了对比,为通用塑料 热变形温度的准确测定提供指导。

1 试验方案

1.1 试验原理

标准试样以平放或侧放的方法承受三点弯曲恒 定载荷(1.80,0.45,8.00 MPa),使其产生相应的弯 曲应力,在匀速升温(升温速率为120 ℃/h)的条件 下,测量达到与规定弯曲应变增量相对应的标准挠 度时的温度。 1.2 试验参数 采用热变形维卡试验机进行试验,试样放置方 法如图1所示,具体试验参数[6]如表1所示。

1.3 试验材料

GB/T1634.2—2019标准中提到:非结晶塑料 的试验结果相差2 ℃以上,部分结晶塑料的试验结 果相差5℃以上时,应重新进行试验。由此可知:非 结晶塑料和部分结晶塑料在测试过程中的表现不 同,通用塑料中 ABS,HIPS(高抗冲聚苯乙烯)属于 非结晶塑料,PP属于部分结晶塑料[7],为了确保测 试结果的可靠性和通用性,更好地为研发和生产测 试提供依据,每类材料中又分别选择了几种填充类 和增强类塑料进行测试,试验材料如表2所示。

1.4 试验步骤 

方案一:测试过程中,将达到规定弯曲应变增量 相对应的标准挠度设置为0.33mm,平放试样尺寸 为80 mm×10.0 mm×4.1 mm(长 × 宽 × 高,下 同),侧放试样尺寸为120mm×4.0mm×9.9mm; 在 1.80 MPa(方 法 A),0.45 MPa(方 法 B), 8.00MPa(方法 C)的弯曲应力作用下,研究使用平 放和侧放两种放置方法对热变形温度的影响。 方 案 二:新 标 准 中 优 选 的 弯 曲 应 力 为 1.80MPa,放置方法为平放,研究达到标准挠度分 别为 0.33,0.34,0.35 mm 时,热 变 形 温 度 之 间 的 差异。

2 试验结果与讨论

2.1 非结晶材料平放和侧放测试结果间的差异 

依据 标 准 GB/T1634.2—2019,选 用 A、B、C 3种方法,放置方法分别为平放和侧放,测试非结晶 材料 ABS 和 HIPS 的 热 变 形 温 度,结 果 如 表 3 所示。

从 表 3 可 以 看 出:对 于 非 结 晶 材 料 ABS 和 HIPS,在标准挠度均为0.33mm,且同一载荷下,侧 放与平放的测试结果基本一致,大部分材料的热变 形温度偏差均小于2℃,且对于大部分材料,采用侧 放的结果比平放的结果稍高。 在 相 同 的 放 置 方 法、统 一 的 标 准 挠 度 (0.33mm)、不同的载荷条件下测试,可以看出:非 结晶材料的测试结果也有一定的规律,方法 B比方 法 A 所得结果高10 ℃左右,方法 A 比方法 C所得 结果高10 ℃左右。 2.2 部分结晶材料(PP)平放和侧放测试结果间的 差异 依据 标 准 GB/T1634.2—2019,选 用 A、B、C 3种方法,放置方法分别为平放和侧放时,测试部分 结晶材料不同配方的改性 PP 的热变形温度,结果 如表4所示。 从表4可以看出:玻璃 纤 维 增 强 体 系(GFPP- 30,GFPP-25,PP-36370)材料的热变形温度明显高 于滑石粉填充(PP-11680,PP-11269)体系,这主要 是因为高分子的热链运动受到刚性玻璃纤维的阻 碍,刚性玻璃 纤 维 在 聚 合 物 基 体 中 起 到 了 骨 架 支 撑的作用。另外,在相同标准挠度、相同载荷的情 况下,不同放 置 方 法 对 热 变 形 温 度 的 测 试 结 果 也 存在一定规 律,非 玻 璃 纤 维 增 强 体 系 试 样 侧 放 比平放时的热 变 形 温 度 高,而 对 于 玻 璃 纤 维 增 强 体 系,随着载荷的增加,侧放试样的热变形温度升高 得多,尤其 是 在 8.00 MPa载 荷 下,侧 放 比 平 放 的 热变形温度高20 ℃,而在低载荷(0.45 MPa)下, 平放和侧放 的 热 变 形 温 度 一 致,进 一 步 说 明 了 玻 璃纤维 相 对 滑 石 粉 对 于 载 荷 的 敏 感 性。改 性 PP 材料在不同放置方法下的热变形温度的差异如表 5所示。 

使 用 相 同 的 放 置 方 法、统 一 标 准 挠 度 (0.33mm)、不同载荷得到的热变形温度测试结果 有以下 规 律:载 荷 越 大,热 变 形 温 度 测 试 结 果 越 小。对于玻 璃 纤 维 和 非 玻 璃 纤 维 增 强 体 系,改 性 PP材料在不同载荷下的热变形温度差异如表6所 示。 

2.3 不同标准挠度(变形量)对热变形温度测试结 果的影响

GB/T1634.2—2019中标准挠度与试样厚度的 关系如表7所示。 标 准 GB/T1634.2—2019 中 首 选 载 荷 为 1.80 MPa,放置方法为平放,相邻的3种试样厚度对应的标 准挠度分别为0.33,0.34,0.35mm 时,利用4种改性材 料(HF-606、HR-527A、GFAS-30、PP-36370)分别进行热 变形温度测试,具体结果如表8所示。 准挠度不同时,同一材料的热变形温度基本一致。 在测试过程中,不同人员测试的试样尺寸稍有差异, 也不会对热变形温度的测试结果产生较大影响。 

3 结论

(1)对于非结晶材料 ABS和 HIPS,相同标准 挠度、相同载荷下,侧放的测试结果与平放的测试结 果基本一致,大部分材料的偏差均小于2℃,且大部 分材料采用侧放放置方法得到的结果比平放得到的 结果稍 高;而 使 用 相 同 放 置 方 法,统 一 标 准 挠 度 (0.33mm),不同载荷测试时,方法 B 比方法 A 得 到的结果高10 ℃左右,方法 A 比方法 C 得到的结 果高10 ℃左右。 (2)对于部分结晶材料PP来说,同样的测试方 法下,添加了玻璃纤维 PP 材料的热变形温度测试 结果有明显升高;在相同标准挠度、相同载荷条件 下,侧放的热变形温度测试结果比平放高。具体的 差异因填料的含量不同而各不相同;使用相同的放 置方法、相同标准挠度,载荷越大,结果越低;方法 A、方法 B、方法 C间的差异对于玻璃纤维填充体系 更为敏感。 (3)对相同的试样,使用平放的放置方法,弯曲 应力为1.80MPa时,在不同的标准挠度下,热变形 温度测试结果一致性较好。

来源：材料与测试网